模拟脱湿过程中土体水-力耦合行为的离散-连续混合方法
地球物理
2021-06-10 v1 计算工程、金融与科学
数值分析
数值分析
流体动力学
摘要
黏性土在失水时发生脱湿开裂，导致其压缩性和渗透性增加，从而显著降低土体强度。由于缺乏对颗粒尺度上复杂耦合水-力过程的深入理解，土中脱湿开裂的预测具有挑战性。本文提出一种能够捕捉颗粒与宏观尺度土体水-力行为的新型离散-连续混合数值框架，用于预测黏性土脱湿开裂。该框架中，土层由 DEM 颗粒集合表示，每个颗粒占据等效连续空间并携带控制非饱和流动的物理属性。这些颗粒遵循离散单元法（DEM）在计算空间中自由运动，而其接触网络与连续介质混合理论用于模拟非饱和流动。颗粒间接触行为对含水率的依赖由黏聚-摩擦接触模型表示，其材料属性受含水率控制。与理论发展并行的是一系列三维土体脱湿开裂实验，以确定基本属性并为力学与物理行为验证提供数据。在物理行为（如含水率演化）和力学行为（如裂缝的发生与发展、压缩与拉伸应变分布）上均高度吻合，表明所提框架能够捕捉脱湿过程中土体的水-力行为。该框架的能力有助于开展数值实验，以洞察以往无法实现的非饱和土水-力行为。
引用
@article{arxiv.2106.04676,
title = {A hybrid discrete-continuum approach to model hydro-mechanical behaviour of soil during desiccation},
author = {Khoa M. Tran and Ha H. Bui and Giang D. Nguyen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.04676},
year = {2021}
}